© koto_feja/Getty ImagesEpigenetske modifikacije DNK i njezinog rođaka, RNK, kontroliraju aktivnost gena
Znanstvenici su otkrili novi način na koji stanice kontroliraju svoje gene — i to bi moglo promijeniti naše razumijevanje "epigenetike".
Epigenetika je oblik modifikacije DNK koji ne utječe na samu sekvencu DNK. Umjesto toga, opisuje kada se kemijske skupine vežu za određene gene, pa tako uključuju ili isključuju te gene ili pak mijenjaju 3D oblik kromosoma.
Sada, u studiji objavljenoj 17. siječnja u časopisu Cell, znanstvenici su otkrili potpuno novu metodu regulacije gena koja uključuje epigenetska podešavanja DNK i njezinog molekularnog rođaka RNK u isto vrijeme. Gledajući naprijed, istraživači žele otkriti kako se ova nova vrsta kontrole gena odnosi na rak.
"Uistinu je uzbudljivo otkriti takav novi mehanizam, dodatno proširujući naše razumijevanje regulacije gena", rekla je Kathrin Plath, direktorica epigenomike, RNA i regulacije gena na UCLA-i, koja nije bila uključena u studiju, u e-poruci za Live Science.
Novi sloj regulacije gena
Jedna uobičajena vrsta epigenetske modifikacije je metilacija, koja opisuje dodavanje molekule koja se naziva metilna skupina DNK ili histonima — proteinima koje DNK obavija kako bi postala kompaktnija i uklopila se u jezgru. Protein nazvan DNMT1 dodaje te molekule DNK, a njegova aktivnost može povećati ili smanjiti ekspresiju gena ovisno o tome gdje je određeni gen metiliran.
Posljednjih godina, istraživači su također otkrili da se RNA - molekula koja prenosi upute iz DNK u stanicu za stvaranje proteina - također može modificirati. To uglavnom čini proteinski kompleks nazvan METTL3-METTL14. Ova metilacija može destabilizirati molekulu RNK, smanjujući količinu proizvedenog proteina.
Svaka stanica u tijelu koristi i RNA i DNA metilaciju za regulaciju ekspresije gena. Međutim, prethodno se pretpostavljalo da ti procesi djeluju neovisno. Nova studija dovodi tu pretpostavku u pitanje.
U studiji su znanstvenici promatrali matične stanice mišjih embrija i mapirali lokacije metilacije DNA i RNA kako su se stanice razvijale. Otkrili su da tisuće gena i njihovih komplementarnih RNA molekula sadrže oba markera metilacije.
Dodatnim eksperimentima tim je otkrio da kompleks METTL3-METTL14 koji je u interakciji s RNK također regrutira i fizički se veže za DNMT1, protein koji označava DNK. Taj novi, veći kompleks zatim može metilirati isti gen na razini DNA ili RNA. To omogućuje stanici da dodatno fino prilagodi svoju regulaciju gena tijekom stanične diferencijacije - procesa kojim matična stanica poprima specifičan identitet, postajući, na primjer, stanica srca ili pluća.
Prethodne studije su pokazale jasne veze između modifikacija DNA i histona, kao i između modifikacija histona i RNA.
"Pa zašto stanica ne bi također povezala epigenetsku modifikaciju DNK i epigenetsku modifikaciju RNK?" rekao je koautor studije François Fuks, direktor ULB Centra za istraživanje raka u Belgiji. "[Naša studija pokazuje] izravnu vezu između metilacije DNK i modifikacije RNK koja dosad nije viđena", rekao je za Live Science.
Prema Fuksu, ova studija ima neka ograničenja, naime, da se uglavnom fokusira na diferencijaciju embrionalnih matičnih stanica. Modifikacije DNA i RNA zasebno su bile dobro karakterizirane u matičnim stanicama u prošlim studijama, pa je bilo logično da istraživači počnu s njima. No te iste vrste modifikacija DNA i RNA prisutne su u svim vrstama stanica. "S obzirom na ovo, vrlo je malo vjerojatno da će [ovaj mehanizam] biti samo u ES stanicama", rekao je Fuks.
Ovo otkriće dovodi u pitanje uvriježeno stajalište da su ti procesi modificiranja RNA i DNA potpuno odvojeni i sugerira da bi moglo imati šire implikacije na ljudsku biologiju i bolesti. U tu svrhu, Fuks i njegov tim pokušavaju utvrditi kako se ovaj novi mehanizam odnosi na rak.
Ako se poremeti koordinacija epigenetike DNK i RNK, mogli biste završiti s previše ili premalo proteina, sugerirao je Fuk. "Sada će ključni protein biti izražen na previsokoj razini", rekao je. "To bi moglo biti štetno za stanicu i doprinijeti tumorigenezi," ili stvaranju tumora.
Već postoje odobrene terapije koje inhibiraju metilaciju DNA, a postoji i rana faza kliničkog ispitivanja koje testira inhibiciju metilacije RNA kao liječenje raka. Fuks i njegov tim testiraju potencijal kombiniranja ovih postojećih terapija za poboljšanje ishoda pacijenata. Preliminarni podaci iz njihovih laboratorijskih studija upućuju na to da bi ova strategija mogla biti korisna za pacijente s leukemijom.
Barem u petrijevim zdjelicama, "možemo vratiti napredovanje raka leukemijskih stanica dodavanjem ova dva lijeka zajedno", rekao je Fuk. "U konačnici, zašto nismo mogli kombinirati ova dva lijeka za liječenje pacijenata?"
Komentari čitatelja
na naše novosti